JP2007277084A

JP2007277084A - アルミノホウケイ酸ガラス

Info

Publication number: JP2007277084A
Application number: JP2007093352A
Authority: JP
Inventors: Joerg Fechner; フェヒナーヨーグ; Peter Brix; ブリックスペーター; Dirk Sprenger; シュプレンガーディルク
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2007-10-25
Also published as: CN101045607A; KR20070098661A; DE102006016256B4; US20070243992A1; DE102006016256A1; US7470642B2; TW200800828A

Abstract

【課題】できるだけ低密度で且つ、高い比弾性率を有するとともに、特にLCDディスプレー等のディスプレー製造に特に好適に使用される無アルカリのアルミノホウケイ酸ガラスを提供する。
【解決手段】2.40 g/cm³未満の密度及び30 GPa・cm³・g^-1より大きい比弾性率を有するアルミノホウケイ酸ガラスであって、重量%で、SiO₂が58〜70、Al₂O₃が12〜20、B₂O₃が5〜15、MgOが0〜9、CaOが2〜12、BaOが0.1〜5、SnO₂が0〜1、As₂O₃が0〜2の組成を有し、任意の不純物を除き、SrO及びアルカリ酸化物を含有しないガラス。このガラスは、例えばLCDディスプレー用基板ガラスとして特に好適である。
【選択図】なし

Description

本発明は、特に低い密度と高い比弾性率とを有するアルミノホウケイ酸ガラス、及び、かかるガラスの有利な使用法に関する。

液晶ディスプレーは、コンピュータ画面としてだけでなく大型フラットスクリーンとしても、普及が進んでいる。特に、TFT-LCD ディスプレー（アクティブマトリックス薄膜トランジスタLCD）は消費電力が少ない為、例えばノートブックパソコンや、フラットスクリーンや、デジタルカメラ等多くの分野に応用されている。いずれの場合でも、ディスプレー基板は、通常、ガラス基板により構成されている。

かかる基板は、高い基準を満たす必要がある。高い熱衝撃耐性とフラットスクリーンの製造に使用される侵蝕性薬品に対する高度な耐性とに加え、ガラスには、広いスペクトル域 (VIS, UV)、高い透過性、そして軽量化の為に低密度であることも要求される。更に、例えばTFTディスプレーの集積型半導体回路の基板材料として使用するには、ガラス基板が熱的にシリコン薄膜材料と適合しなければならない。主に、700℃より高い温度での高温処理又はCVD処理における直接蒸着により、結晶シリコン層が形成される場合、できれば3.2・10^-6/K未満の低い熱膨張率を有する基板が必要とされる。ディスプレー及び光起電テクノロジーの分野の用途における他の条件は、アルカリイオンを含まないことである。それでも、製造関連要因に起因する1000ppm未満の濃度の酸化ナトリウムの存在は、Na⁺が半導体層内に拡散することで生じる「毒性」効果については、許容される。

だが、大型ディスプレーへの使用に関しては、基板が高い弾性率と、低密度と、高い比弾性率とを有することが特に重要である。
更に、例えばフロートガラス工場やダウンドロープロセスにおいて、コスト効率よく、又十分な品質（気泡や節や吸蔵の無い）を以って、好適なガラスが商業ベースで製造できることも望まれる。ドロー（延伸）プロセスにより、特に引き筋がなく、表面の波うちの少ない薄形(<1mm)基板を製造するには、ガラスが優れた失透安定性を有することが要求される。特にTFTディスプレーの場合のような、製造時における半導体微小構造（マイクロストラクチャ）上の基板の不利な圧縮を抑制する為に、ガラスは好適な温度依存性粘性特性曲線を有する必要もある。つまり、その熱処理および形状安定性に関する限り、ガラスは、あまり高くない溶融処理温度域において粘性を有し、しかも十分に高い変形温度(すなわちTg≧700℃)をも有する必要がある。

特にLCDやTFT-LCD等のディスプレーに使用される多くのガラスが、従来技術で取り上げられている。
多くの無アルカリ性アルミノホウケイ酸ガラスが、下記特許文献１等に開示されている。これらのガラスは、場合によっては、2.4 g/cm³未満の比較的低い密度を有するが、比弾性率は常に30 GPa・g^-1・cm³以下である。

別の無アルカリ性アルミノホウケイ酸ガラスが、下記特許文献２等に開示されている。だがこれらのガラスは全て、密度が2.4 g/cm³より大きい。これは、携帯用途、特にノートブックパソコンにおいて不利と考えられる。
このような用途の為の別のアルミノホウケイ酸ガラスであって、高い弾性率及び高い比弾性率を有するものが、下記特許文献３等に開示されている。

だが、これらのガラスは何れも、変形温度が700℃より低い。これは不利と考えられる。
更に、同様のガラスが、下記特許文献４〜１１に開示されている。
国際公開第０２／０６０８３１号パンフレット独国特許出願公開第１００００８３６号明細書米国特許第６，５３７，９３７号明細書米国特許第５，８５１，９３９号明細書米国特許第６，０６０，１６８号明細書独国特許出願公開第１００６４８０４号明細書米国特許第６，３１９，８６７号明細書欧州特許出願公開第０６７２６２９号明細書独国特許出願公開第１９６８０９６７号明細書特開２００４−９１２４４号公報特開平０８−２９５５３０号公報

しかしながら、これらのガラスはどれも、冒頭で言及した要件を満たせないでいる。
上記に鑑みて、本発明の目的は、できるだけ低密度で、且つ高い比弾性率を有するとともに、特にLCDディスプレー等のディスプレー製造に特に好適に使用される無アルカリのアルミノホウケイ酸ガラスを提供することである。

本発明の目的は、2.40 g/cm³未満の密度と30 GPa・cm³・g^-1より大きい比弾性率とを有するとともに、重量%で、以下の組成を有するアルミノホウケイ酸ガラスであって、
SiO₂ 58〜70
Al₂O₃ 12〜20
B₂O₃ 5〜15
MgO 0〜＜6（０以上、６未満）
CaO 2〜12
BaO 0.1〜5
SnO₂ 0〜1
As₂O₃ 0〜2

任意の不純物を除き、SrOとアルカリ酸化物とを含まないガラスにより達成される。任意の不純物を除き、上記以外の成分がガラスに含まれないことが好適である。

酸化ストロンチウム不在下において酸化バリウムを添加すると、非常に低い密度が得られる一方で、高い比弾性率も得られることが判明した。粘性特性曲線及び高変形（転移）温度の要件も満たされる。
驚くことに、酸化バリウムの存在にも拘らず、2.4 g/cm³未満の低密度が得られ、そしてまたこの酸化バリウムが、高い弾性率及び高い比弾性率を得るのに役立つ。

本発明の好適な態様において、酸化カルシウムの含有量は、6 重量%未満であり、少なくとも4重量%である。
酸化マグネシウムの含有量は、0.5%より多いことが好ましい。なぜなら、これによっても、弾性率が高くなるからである。MgOの添加により、酸化マグネシウムの濃度が増して、10⁴ dPasにおけるガラスの粘度(VAという)が低下して、ガラスの溶融性も増す。

しかし、酸化マグネシウムの含有量は、6重量%を超えてはならない。
本発明の別の態様において、B₂O₃の含有量は14重量%未満である。
ガラスは、酸化ストロンチウム及びアルカリ酸化物を含まないのが好ましいので、酸化ストロンチウムの含有量は、0.1重量%未満、好ましくは0.02 重量%未満であるべきである。アルカリ酸化物の含有量は、0.1重量%未満が好ましく、0.02重量%未満がより好ましい。

本発明によるガラスの比弾性率は、31 GPa・cm³・g^-1より大きいことが好ましく、32 GPa・cm³・g^-1より大きいことがより好ましい。
また、本発明によるガラスの弾性率は、71 GPaより大きいとこが好ましく、73 GPaより大きいことがより好ましく、75 GPaより大きいこと特に好ましい。
本発明によるガラスの10⁴ dPas での粘性温度は、1320℃未満であることが好ましく、10²dPas での粘性温度は、1690℃未満であることが好ましい。

本発明によるガラスは全て、少なくとも700℃の変形温度T_gを有するのが好ましい。
本発明によるガラスは、特にOLED用、AMOLED（アクティブマトリックスOLED）用、FED（電界放出ディスプレー）用、SED（表面電界ディスプレー）用等の基板ガラスや、特にカラーフィルターガラス等のフィルターガラスや、色ガラスとして好適である。
本発明によるガラスはまた、LCD-TFTディスプレー、特に非自己発光式フラットスクリーンディスプレーのバックライト付きディスプレー用、特にFFL（フラット蛍光灯）用フラットガラス、特に外部電極付きEEFL（外部電極蛍光灯）システム用フラットガラスとして好適である。

このような状況において、ガラスの誘電特性が特に重要となる。本発明のガラスは、低いtanδ/ε’比（誘電損失角/誘電率）を有する。
本発明のガラスは、フロートプロセスにより好適に製造することができる。本発明のガラスは、ダウンドロープロセスを用いた製造工程、特にオーバーフローフュージョンプロセスを用いた製造工程にも好適である。

上述した本発明の特徴及び以下に説明する本発明の特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、各場合に指定される組合せで適用できるだけでなく、その他の組合せや単独で適用できることは自明のことである。
その他の特徴及び利点は、好適な実施形態についての以下の説明より明らかとなる。

本発明のガラスは、重量%で、以下の組成を有するのが好適である：
SiO₂ 58〜65
Al₂O₃ 15〜18
B₂O₃ 8〜12
MgO 0.5〜5
CaO 4〜＜6（４以上、６未満）
BaO 0.1〜2
SnO₂ 0〜1
As₂O₃ 0〜2
本発明によるガラス（実施例1）の組成及び特性を表１に示す。更に、比較例Ｖ１として、本発明に属さず、酸化バリウムを含まない代わりに酸化ストロンチウムを含むガラスも、表１に示す。この比較例Ｖ１の密度は2.4 g/cm-³未満であるが、比弾性率が30 GPa・cm³・g^-1未満であることが判明している。

本発明によるガラスの酸化バリウムの含有量は1.0重量%で、酸化ストロンチウム（及びアルカリ酸化物）は含有せず、30 GPa・cm³・g^-1より大きい比弾性率を有し、密度は2.4 g/cm-³未満である。更に、本発明によるガラスは、変形温度T_gが700℃より大きいが、粘度が10⁴ dPas となるときの温度は1320℃未満であり、10²dPas での粘性温度は、1670℃未満である。3.11・10^-6/Kという熱膨張率も好適な範囲内に入っている。

Claims

2.40 g/cm³より小さい密度及び30 GPa・cm³・g^-1より大きい比弾性率を有するとともに、重量%で、
SiO₂ 58〜70
Al₂O₃ 12〜20
B₂O₃ 5〜15
MgO 0〜9
CaO 2〜12
BaO 0.1〜5
SnO₂ 0〜1
As₂O₃ 0〜2
の組成を有し、任意の不純物を除き、SrO及びアルカリ酸化物を含有しないことを特徴とするアルミノホウケイ酸ガラス。
CaO含有量が6重量%未満である、請求項1に記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
CaO含有量が、少なくとも4重量%である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
MgO含有量が6重量%未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
MgO含有量が0.5重量%より多い、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
B₂O₃含有量が14重量%未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
SrO含有量が0.1重量%未満、好ましくは0.02重量%未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
アルカリ酸化物の含有量が0.1重量%未満、好ましくは0.02重量%未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
比弾性率が31GPa・cm³・g^-1より大きく、好ましくは32GPa・cm³・g^-1より大きい、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
弾性率が71 GPaより大きく、好ましくは73 GPaより大きく、最も好ましくは75 GPaより大きい、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
10⁴ dPas での粘性温度が1320℃未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
10² dPas での粘性温度が1670℃未満である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
変形温度T_gが少なくとも700℃である、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラス。
基板ガラス、特にフィルター用、OLED用、AMOLED、すなわちアクティブマトリックスOLED用、FED、すなわち電界放出ディスプレー用、SED、すなわち表面電界ディスプレー用の基板ガラスとして、フィルターガラス、特にカラーフィルターガラスとして、または色ガラスとしての、先行する請求項の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラスの使用。
LCD-TFTディスプレー、非自己発光式フラットスクリーンディスプレーのバックライト付きディスプレー用、特に、FFL、すなわちフラット蛍光灯用フラットガラス、特に、外部電極付きEEFL、すなわち外部電極蛍光灯のシステム用フラットガラスとしての、請求項1乃至13の何れかに記載のアルミノホウケイ酸ガラスの使用。